(57)【要約】【課題】本発明は、Ｘ軸方向への音叉振動時におけるＺ軸方向への角速度センサとしての不要信号の発生を抑制できる薄型で、かつ、都度個別調整が不要な角速度センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】検出部を構成する上部電極８ｃ，９ｃの中心線８ｄ，９ｄが、音叉型振動子のアーム１ａ，１ｂの主面３ａ，３ｂの中心線１０，１１から主面３ａ，３ｂにそれぞれ隣接して設けられた側面３ｃ，３ｅ側に向かって、それぞれΔＷだけシフトした構成である。【選択図】図２
2006017569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた検出部とを備え、この検出部は前記主面上に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極とからなり、前記検出部が設けられた主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鋭角である場合は、前記検出部の内の少なくとも前記上部電極の中心線が前記主面上において前記主面の中心線から前記傾斜した側面と反対側に向かってシフトした角速度センサ。
【請求項２】
検出部が設けられたアームの主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鋭角である場合は、前記検出部の内の少なくとも前記上部電極の中心線が前記主面上において前記傾斜した側面の傾斜角度に対応して前記主面の中心線から前記傾斜した側面と反対側に向かって所定量シフトした請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた検出部とを備え、この検出部は前記主面上に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極とからなり、前記検出部が設けられた主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鈍角である場合は、前記検出部の内の少なくとも前記上部電極の中心線が前記主面上において前記主面の中心線から前記傾斜した側面側に向かってシフトした角速度センサ。
【請求項４】
検出部が設けられたアームの主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鈍角である場合は、前記検出部の内の少なくとも前記上部電極の中心線が前記主面上において前記傾斜した側面の傾斜角度に対応して前記主面の中心線から前記傾斜した側面側に向かって所定量シフトした請求項３に記載の角速度センサ。
【請求項５】
駆動部は、アームの主面の中心線を境に両側に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に前記主面の中心線を境に離間して設けられた上部電極とからなる請求項１または３に記載の角速度センサ。
【請求項６】
駆動部は、アームの主面の中心線を境に離間して設けられた下部電極とこの下部電極上にそれぞれ設けられた圧電膜とこの圧電膜上にそれぞれ設けられた上部電極とからなる請求項１または３に記載の角速度センサ。
【請求項７】
音叉型振動子は、ドライエッチングにより形成された請求項１または３に記載の角速度センサ。
【請求項８】
音叉型振動子は、シリコン系の材料からなる請求項１または３に記載の角速度センサ。
【請求項９】
少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた検出部とを備え、前記駆動部は前記主面上に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極とからなり、前記駆動部が設けられた主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鋭角である場合は、前記アームをＸ軸方向に駆動した時に前記駆動部の内の前記主面の中心線より前記傾斜した側面側に向かって設けられた部分のＹ軸方向の変形量が前記駆動部の内の前記主面の中心線より前記傾斜した側面と反対側に向かって設けられた部分のＹ軸方向の変形量より小さくなるように構成した角速度センサ。
【請求項１０】
駆動部は、アームの主面の中心線を境に両側に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に前記主面の中心線を境に離間して設けられた上部電極とからなる請求項９に記載の角速度センサ。
【請求項１１】
駆動部は、アームの主面の中心線を境に離間して設けられた下部電極とこの下部電極上にそれぞれ設けられた圧電膜とこの圧電膜上にそれぞれ設けられた上部電極とからなる請求項９に記載の角速度センサ。
【請求項１２】
駆動部が設けられたアームの主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鋭角である場合は、前記主面の中心線より前記傾斜した側面側寄りに設けられた上部電極のＸ軸方向の幅が前記主面の中心線より前記傾斜した側面と反対側寄りに設けられた上部電極のＸ軸方向の幅より狭く、かつ、前記両上部電極のＹ軸方向の中心位置及び長さがほぼ等しい請求項１０または請求項１１に記載の角速度センサ。
【請求項１３】
少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた検出部とを備え、前記駆動部は前記主面上に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極とからなり、前記駆動部が設けられた主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鈍角である場合は、前記アームをＸ軸方向に駆動した時に前記駆動部の内の前記主面の中心線より前記傾斜した側面側に向かって設けられた部分のＹ軸方向の変形量が前記駆動部の内の前記主面の中心線より前記傾斜した側面と反対側に向かって設けられた部分のＹ軸方向の変形量より大きくなるように構成した角速度センサ。
【請求項１４】
駆動部は、アームの主面の中心線を境に両側に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に前記主面の中心線を境に離間して設けられた上部電極とからなる請求項１３に記載の角速度センサ。
【請求項１５】
駆動部は、アームの主面の中心線を境に離間して設けられた下部電極とこの下部電極上にそれぞれ設けられた圧電膜とこの圧電膜上にそれぞれ設けられた上部電極とからなる請求項１３に記載の角速度センサ。
【請求項１６】
駆動部が設けられたアームの主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鈍角である場合は、前記主面の中心線より前記傾斜した側面側寄りに設けられた上部電極のＸ軸方向の幅が前記主面の中心線より前記傾斜した側面と反対側寄りに設けられた上部電極のＸ軸方向の幅より広く、かつ、前記両上部電極のＹ軸方向の中心位置及び長さがほぼ等しい請求項１４または請求項１５に記載の角速度センサ。
【請求項１７】
音叉型振動子は、ドライエッチングにより形成された請求項９または１３に記載の角速度センサ。
【請求項１８】
音叉型振動子は、シリコン系の材料からなる請求項９または１３に記載の角速度センサ。
【請求項１９】
検出部は、アームの主面上に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極とから構成された請求項９または１３に記載の角速度センサ。
【請求項２０】
少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記主面上に設けられた検出部とを備えた角速度センサの製造方法であって、基板のＸＹ面上に下部電極を形成する工程と、この下部電極上に圧電膜を形成する工程と、この圧電膜上に上部電極を形成する工程と、前記下部電極、圧電膜と上部電極からそれぞれ前記駆動部と検出部を形成する工程と、前記アームのＹ軸方向が前記基板のＹ軸方向を向くように前記音叉型振動子を前記基板からドライエッチングにより形成する工程とを備え、前記基板のＹＺ面に対する前記ドライエッチング用のプラズマの入射角度が大きくなるに従って前記アームの主面上に設けられる前記検出部の内の少なくとも前記上部電極の中心線が前記主面上において前記主面の中心線から前記基板のＸ軸方向周辺部に向かって所定量シフトするように形成した角速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ軸方向への音叉振動時におけるＺ軸方向への角速度センサとしての不要信号の発生を抑制できる角速度センサ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ドライエッチングを用いた角速度センサ用の音叉型振動子の製造方法としては、図７に示すようなものが知られている。図７において、１００はドライエッチング用のプラズマ発生源、１０１はプラズマ発生源１００から出射されるプラズマの進行方向、１０２はドライエッチング用マスクとしてのレジスト膜、１０３はシリコンウエハである。
【０００３】
レジスト膜１０２には、シリコンウエハ１０３内に複数の音叉型振動子を形成するための開口部が設けられている。
【０００４】
このレジスト膜１０２をシリコンウエハ１０３に重ね、プラズマ発生源１００から発せられるプラズマによりドライエッチングを行い、音叉型振動子を形成する。
【０００５】
図８は、図７に示す角速度センサ用の音叉型振動子の製造方法におけるＡ部断面の詳細な製造工程を説明する工程図である。
【０００６】
図８において、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃはレジスト膜１０２内に設けられた音叉型振動子の各アームに対応した部分、１０４ａは１０２ａ部分と１０２ｂ部分の間に開口しドライエッチングされていく部分、１０４ｂは１０２ｂ部分と１０２ｃ部分の間に開口しドライエッチングされていく部分、１０５，１１２，１１３は保護膜、１０６，１０８，１０９，１１１は音叉型振動子の各アームの側面に相当する面、１０７，１１０はシリコンウエハ１０３におけるドライエッチング進行中の底部である。
【０００７】
図８（ａ）において、１０４ａ部分、１０４ｂ部分に対するプラズマの進行方向１０１は、シリコンウエハ１０３の法線に対して傾斜しているため、プラズマによるサイドエッチング効果により側面１０６、側面１０９はプラズマの進行方向１０１に対応するように傾斜する。しかし、側面１０８、側面１１１はそれぞれ１０２ｂ部分と１０２ｃ部分により影となるため、プラズマによるサイドエッチングは少なく、シリコンウエハ１０３のほぼ法線方向と平行になる。
【０００８】
図８（ｂ）において、図８（ａ）に見られるようなサイドエッチングの影響をできる限り軽減するために保護膜１０５を形成する。
【０００９】
図８（ｃ）から図８（ｆ）においては、それぞれ図８（ａ）、図８（ｂ）に示した製造工程が繰り返される。
【００１０】
図８（ｇ）において、図８（ｆ）に示す保護膜１１３が覆われている状態からプラズマにより最終のドライエッチングが行われ、音叉型振動子のアーム１２０，１２１，１２２がシリコンウエハ１０３から完成した状態を示している。
【００１１】
図８（ｇ）においても、図８（ａ）に示した各アームの側面に相当する面１０６，１０９と同様に側面１１４，１１６はプラズマによるサイドエッチング効果によりプラズマの進行方向１０１に対応するように傾斜する。同じく、側面１１５，１１７はプラズマによるサイドエッチングは少なく、シリコンウエハ１０３のほぼ法線方向と平行になる。
【００１２】
図９は、図７および図８に示した角速度センサ用の音叉型振動子の製造方法により作成された音叉型振動子をＸ軸方向に駆動したときの音叉型振動子の変形状態を説明するための図である。図９（ａ）は音叉型振動子をＸ軸方向に駆動したときの平面図、図９（ｂ）は同側面図、図１０は同Ｃ−Ｃ断面図である。
【００１３】
図９において、１３０はアーム１２０，１２１を連結するための基部、１３５，１３６はアーム１２０，１２１のそれぞれ主面、１４０，１４１はアーム１２０の主面１３５上に設けられた駆動部、１４２，１４３はアーム１２１の主面１３６上に設けられた駆動部、１５０はアーム１２０の主面１３５上に設けられた検出部、１５１はアーム１２１の主面１３６上に設けられた検出部である。
【００１４】
図１０において、１４０ａはアーム１２０の主面１３５上の外側寄りに設けられた下部電極、１４０ｂは下部電極１４０ａ上に設けられた膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、１４０ｃは圧電膜１４０ｂ上に設けられた上部電極、１４１ａはアーム１２０の主面１３５上の内側寄りに設けられた下部電極、１４１ｂは下部電極１４１ａ上に設けられた膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、１４１ｃは圧電膜１４１ｂ上に設けられた上部電極、１５０ａはアーム１２０の主面１３５上の中心線１６０を含み対称に設けられた下部電極、１５０ｂは下部電極１５０ａ上に中心線１６０を含み対称に設けられた膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、１５０ｃは圧電膜１５０ｂ上に中心線１６０を含み対称に設けられた上部電極である。同様に、１４３ａはアーム１２１の主面１３６上の外側寄りに設けられた下部電極、１４３ｂは下部電極１４３ａ上に設けられた膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、１４３ｃは圧電膜１４３ｂ上に設けられた上部電極、１４２ａはアーム１２１の主面１３６上の内側寄りに設けられた下部電極、１４２ｂは下部電極１４２ａ上に設けられた膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、１４２ｃは圧電膜１４２ｂ上に設けられた上部電極、１５１ａはアーム１２１の主面１３６上の中心線１６１を含み対称に設けられた下部電極、１５１ｂは下部電極１５１ａ上に中心線１６１を含み対称に設けられた膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、１５１ｃは圧電膜１５１ｂ上に中心線１６１を含み対称に設けられた上部電極である。駆動部１４０は下部電極１４０ａ、圧電膜１４０ｂと上部電極１４０ｃから構成されている。また、駆動部１４１は下部電極１４１ａ、圧電膜１４１ｂと上部電極１４１ｃから構成されている。また、駆動部１４２は下部電極１４２ａ、圧電膜１４２ｂと上部電極１４２ｃから構成されている。また、駆動部１４３は下部電極１４３ａ、圧電膜１４３ｂと上部電極１４３ｃから構成されている。また、検出部１５０は下部電極１５０ａ、圧電膜１５０ｂと上部電極１５０ｃから構成されている。また、検出部１５１は下部電極１５１ａ、圧電膜１５１ｂと上部電極１５１ｃから構成されている。
【００１５】
以下に、音叉型振動子をＸ軸方向に駆動させる方法について述べる。
【００１６】
圧電膜１４０ｂ，１４３ｂがＹ軸方向に収縮するように、上部電極１４０ｃ，１４３ｃに同相の駆動電圧を印加する。同様に、圧電膜１４１ｂ，１４２ｂがＹ軸方向に伸張するように、上部電極１４１ｃ，１４２ｃに上部電極１４０ｃ，１４３ｃに印加する駆動電圧とは逆相の駆動電圧を上部電極１４１ｃ，１４２ｃに印加する。これにより、図９（ａ）に示すようにアーム１２０，１２１はＸ軸方向に、かつ、互いに外向きに振動する。また、アーム１２０，１２１には、それぞれドライエッチングにより、図７、図８および図１０に示すようなプラズマの進行方向１０１に対応するような傾斜した側面１１４，１１６が形成されてしまうため、Ｘ軸方向への振動と同時にアーム１２０，１２１をそれぞれＺ軸方向に、かつ、互いに逆向きになるような振動が発生してしまう。この結果、検出部を構成する圧電膜１５０ｂにはＺ軸方向に収縮させるような応力が印加される。また、検出部を構成する圧電膜１５１ｂにはＺ軸方向に伸張させるような応力が印加される。これらの応力に起因して、検出部を構成する上部電極１５０ｃ，１５１ｃにはそれぞれ互いに逆の符号を持つ電荷が発生する。このように、音叉型振動子をＸ軸方向に駆動させるだけで、Ｙ軸周りに角速度が印加されていないにもかかわらず、あたかも角速度が印加されたかのような電荷（不要信号）が上部電極１５０ｃ，１５１ｃに現れてしまう。
【００１７】
また、上述したような角速度センサ用の音叉型振動子の製造方法においては、シリコンウエハ１０３内に形成された音叉型振動子のアームの断面形状がシリコンウエハ１０３の中心部から周辺部に向かうほど矩形状から台形状へと変化する。そればかりか、シリコンウエハ１０３内での音叉型振動子の形成される位置毎にも異なってくる。これにより、シリコンウエハ１０３の中心部以外に形成された音叉型振動子においては、この振動子をＸ軸方向へ音叉振動させる時にどうしても音叉振動方向以外（Ｚ軸方向）への不要振動成分が発生してしまう。このように、シリコンウエハ１０３内の各位置に形成された音叉型振動子をＸ軸方向へ音叉振動させた時のＺ軸方向へ発生する角速度センサとしての不要信号の発生量を図１１に示す。
【００１８】
このような不要振動成分の発生を抑制するために、例えば、特許文献１に記載されているような調整方法が用いられている。この調整方法は、シリコンウエハ１０３内に形成された音叉型振動子毎にそれぞれ個別に開口部を有したマスク（図示せず）を前記音叉型振動子に一体に貼り付けた状態で、音叉振動方向以外への不要振動成分が発生しやすくなるまで計測しながら音叉型振動子のアームの質量を減じたり、または質量を付加したりする。
【特許文献１】特開平１０−１３２５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら上述した従来の角速度センサおよびその製造方法においては、音叉型振動子をシリコンウエハ１０３内に形成する位置毎にアームの断面形状がそれぞれ異なるため、形成後の音叉型振動子毎にその形状を一つひとつ調整するための開口部を有したマスクを一体に貼り付けなければならない。したがって、最終的に完成した角速度センサとして、どうしても厚くなってしまう。また、上述したように異なったアームの断面形状を有した角速度センサ毎に、その都度個別に一つひとつ調整し完成させなければならないという問題点もあった。
【００２０】
本発明は、Ｘ軸方向への音叉振動時におけるＺ軸方向への角速度センサとしての不要信号の発生を抑制できる薄型で、かつ、都度個別調整が不要な角速度センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた検出部とを備え、この検出部は前記主面上に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極とからなり、前記検出部が設けられた主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鋭角である場合は、前記検出部の内の少なくとも前記上部電極の中心線が前記主面上において前記主面の中心線から前記傾斜した側面と反対側に向かってシフトした角速度センサであり、薄型で、かつ、都度個別調整が不要な角速度センサでありながらＸ軸方向への音叉振動時におけるＺ軸方向への角速度センサとしての不要信号の発生を抑制できる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、検出部が設けられたアームの主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鋭角である場合は、前記検出部の内の少なくとも前記上部電極の中心線が前記主面上において前記傾斜した側面の傾斜角度に対応して前記主面の中心線から前記傾斜した側面と反対側に向かって所定量シフトしており、Ｚ軸方向への角速度センサとしての不要信号の発生をより最適に抑制できる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた検出部とを備え、この検出部は前記主面上に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極とからなり、前記検出部が設けられた主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鈍角である場合は、前記検出部の内の少なくとも前記上部電極の中心線が前記主面上において前記主面の中心線から前記傾斜した側面側に向かってシフトした角速度センサであり、薄型で、かつ、都度個別調整が不要な角速度センサでありながらＸ軸方向への音叉振動時におけるＺ軸方向への角速度センサとしての不要信号の発生を抑制できる。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、検出部が設けられたアームの主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鈍角である場合は、前記検出部の内の少なくとも前記上部電極の中心線が前記主面上において前記傾斜した側面の傾斜角度に対応して前記主面の中心線から前記傾斜した側面側に向かって所定量シフトしており、Ｚ軸方向への角速度センサとしての不要信号の発生をより最適に抑制できる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、請求項１または３に記載の発明において、駆動部は、アームの主面の中心線を境に両側に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に前記主面の中心線を境に離間して設けられた上部電極とからなり、検出部を構成する材料に合わせることができ、安価であるばかりか、特性管理も容易となる。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、請求項１または３に記載の発明において、駆動部は、アームの主面の中心線を境に離間して設けられた下部電極とこの下部電極上にそれぞれ設けられた圧電膜とこの圧電膜上にそれぞれ設けられた上部電極とからなり、検出部を構成する材料に合わせることができ、安価であるばかりか、特性管理も容易となると同時に、Ｘ軸方向への音叉駆動の信頼性もより高まる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項１または３に記載の発明において、音叉型振動子は、ドライエッチングにより形成されており、形状精度の安定を高くできる。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、請求項１または３に記載の発明において、音叉型振動子は、シリコン系の材料からなり、機械的強度も大きく、大きな振幅で音叉型振動子を共振させることができる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた検出部とを備え、前記駆動部は前記主面上に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極とからなり、前記駆動部が設けられた主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鋭角である場合は、前記アームをＸ軸方向に駆動した時に前記駆動部の内の前記主面の中心線より前記傾斜した側面側に向かって設けられた部分のＹ軸方向の変形量が前記駆動部の内の前記主面の中心線より前記傾斜した側面と反対側に向かって設けられた部分のＹ軸方向の変形量より小さくなるように構成した角速度センサであり、薄型で、かつ、都度個別調整が不要な角速度センサでありながらＸ軸方向への音叉振動時におけるＺ軸方向へ引き起こされる不要振動自体を抑制し、その結果として角速度センサとしての不要信号の発生が抑制できる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、駆動部は、アームの主面の中心線を境に両側に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に前記主面の中心線を境に離間して設けられた上部電極とからなり、安価であるばかりか、特性管理も容易となる。
【００３１】
請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、駆動部は、アームの主面の中心線を境に離間して設けられた下部電極とこの下部電極上にそれぞれ設けられた圧電膜とこの圧電膜上にそれぞれ設けられた上部電極とからなり、安価であるばかりか、特性管理も容易となると同時に、Ｘ軸方向への音叉駆動の信頼性もより高まる。
【００３２】
請求項１２に記載の発明は、請求項１０または請求項１１に記載の発明において、駆動部が設けられたアームの主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鋭角である場合は、前記主面の中心線より前記傾斜した側面側寄りに設けられた上部電極のＸ軸方向の幅が前記主面の中心線より前記傾斜した側面と反対側寄りに設けられた上部電極のＸ軸方向の幅より狭く、かつ、前記両上部電極のＹ軸方向の中心位置及び長さがほぼ等しいため、設計が容易である。
【００３３】
請求項１３に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた検出部とを備え、前記駆動部は前記主面上に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極とからなり、前記駆動部が設けられた主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鈍角である場合は、前記アームをＸ軸方向に駆動した時に前記駆動部の内の前記主面の中心線より前記傾斜した側面側に向かって設けられた部分のＹ軸方向の変形量が前記駆動部の内の前記主面の中心線より前記傾斜した側面と反対側に向かって設けられた部分のＹ軸方向の変形量より大きくなるように構成した角速度センサであり、薄型で、かつ、都度個別調整が不要な角速度センサでありながらＸ軸方向への音叉振動時におけるＺ軸方向へ引き起こされる不要振動自体を抑制し、その結果として角速度センサとしての不要信号の発生が抑制できる。
【００３４】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、駆動部は、アームの主面の中心線を境に両側に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に前記主面の中心線を境に離間して設けられた上部電極とからなり、安価であるばかりか、特性管理も容易となる。
【００３５】
請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、駆動部は、アームの主面の中心線を境に離間して設けられた下部電極とこの下部電極上にそれぞれ設けられた圧電膜とこの圧電膜上にそれぞれ設けられた上部電極とからなり、安価であるばかりか、特性管理も容易となると同時に、Ｘ軸方向への音叉駆動の信頼性もより高まる。
【００３６】
請求項１６に記載の発明は、請求項１４または請求項１５に記載の発明において、駆動部が設けられたアームの主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鈍角である場合は、前記主面の中心線より前記傾斜した側面側寄りに設けられた上部電極のＸ軸方向の幅が前記主面の中心線より前記傾斜した側面と反対側寄りに設けられた上部電極のＸ軸方向の幅より広く、かつ、前記両上部電極のＹ軸方向の中心位置及び長さがほぼ等しいため、設計が容易である。
【００３７】
請求項１７に記載の発明は、請求項９または１３に記載の発明において、音叉型振動子は、ドライエッチングにより形成されており、形状精度の安定を高くできる。
【００３８】
請求項１８に記載の発明は、請求項９または１３に記載の発明において、音叉型振動子は、シリコン系の材料からなり、機械的強度も大きく、大きな振幅で音叉型振動子を共振させることができる。
【００３９】
請求項１９に記載の発明は、請求項９または１３に記載の発明において、検出部は、アームの主面上に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極とから構成され、駆動部を構成する材料に合わせることができ、安価であるばかりか、特性管理も容易となる。
【００４０】
請求項２０に記載の発明は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記主面上に設けられた検出部とを備えた角速度センサの製造方法であって、基板のＸＹ面上に下部電極を形成する工程と、この下部電極上に圧電膜を形成する工程と、この圧電膜上に上部電極を形成する工程と、前記下部電極、圧電膜と上部電極からそれぞれ前記駆動部と検出部を形成する工程と、前記アームのＹ軸方向が前記基板のＹ軸方向を向くように前記音叉型振動子を前記基板からドライエッチングにより形成する工程とを備え、前記基板のＹＺ面に対する前記ドライエッチング用のプラズマの入射角度が大きくなるに従って前記アームの主面上に設けられる前記検出部の内の少なくとも前記上部電極の中心線が前記主面上において前記主面の中心線から前記基板のＸ軸方向周辺部に向かって所定量シフトするように形成しているため、基板内に形成される音叉型振動子の位置によって異なる断面形状を有したアームをＸ軸方向に音叉振動させた時にＺ軸方向へ発生する角速度センサとしての異なった不要信号を検出部の形成時にそれぞれ一括して解消させることができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の角速度センサは、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた検出部とを備え、この検出部は前記主面上に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極とからなり、前記検出部が設けられた主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鋭角である場合は、前記検出部の内の少なくとも前記上部電極の中心線が前記主面上において前記主面の中心線から前記傾斜した側面と反対側に向かってシフトした角速度センサであり、薄型で、かつ、都度個別調整が不要な角速度センサでありながらＸ軸方向への音叉振動時におけるＺ軸方向への角速度センサとしての不要信号の発生を抑制できる。
【００４２】
また、本発明の角速度センサは、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた検出部とを備え、この検出部は前記主面上に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極とからなり、前記検出部が設けられた主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鈍角である場合は、前記検出部の内の少なくとも前記上部電極の中心線が前記主面上において前記主面の中心線から前記傾斜した側面側に向かってシフトした角速度センサであり、薄型で、かつ、都度個別調整が不要な角速度センサでありながらＸ軸方向への音叉振動時におけるＺ軸方向への角速度センサとしての不要信号の発生を抑制できる。
【００４３】
また、本発明の角速度センサは、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた検出部とを備え、前記駆動部は前記主面上に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極とからなり、前記駆動部が設けられた主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鋭角である場合は、前記アームをＸ軸方向に駆動した時に前記駆動部の内の前記主面の中心線より前記傾斜した側面側に向かって設けられた部分のＹ軸方向の変形量が前記駆動部の内の前記主面の中心線より前記傾斜した側面と反対側に向かって設けられた部分のＹ軸方向の変形量より小さくなるように構成した角速度センサであり、薄型で、かつ、都度個別調整が不要な角速度センサでありながらＸ軸方向への音叉振動時におけるＺ軸方向へ引き起こされる不要振動自体を抑制し、その結果として角速度センサとしての不要信号の発生が抑制できる。
【００４４】
また、本発明の角速度センサは、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記アームの少なくとも１つの主面上に設けられた検出部とを備え、前記駆動部は前記主面上に設けられた下部電極とこの下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極とからなり、前記駆動部が設けられた主面とこの主面に隣接して設けられた傾斜した側面との交わる角度が鈍角である場合は、前記アームをＸ軸方向に駆動した時に前記駆動部の内の前記主面の中心線より前記傾斜した側面側に向かって設けられた部分のＹ軸方向の変形量が前記駆動部の内の前記主面の中心線より前記傾斜した側面と反対側に向かって設けられた部分のＹ軸方向の変形量より大きくなるように構成した角速度センサであり、薄型で、かつ、都度個別調整が不要な角速度センサでありながらＸ軸方向への音叉振動時におけるＺ軸方向へ引き起こされる不要振動自体を抑制し、その結果として角速度センサとしての不要信号の発生が抑制できる。
【００４５】
また、本発明の角速度センサの製造方法は、少なくとも２つのアームとこのアームを連結する少なくとも１つの基部からなる音叉型振動子と、前記アームをＸ軸方向に駆動するために前記アームの主面上に設けられた駆動部と、Ｙ軸周りに印加された角速度に起因する前記アームのＺ軸方向への振動を検出するために前記主面上に設けられた検出部とを備えた角速度センサの製造方法であって、基板のＸＹ面上に下部電極を形成する工程と、この下部電極上に圧電膜を形成する工程と、この圧電膜上に上部電極を形成する工程と、前記下部電極、圧電膜と上部電極からそれぞれ前記駆動部と検出部を形成する工程と、前記アームのＹ軸方向が前記基板のＹ軸方向を向くように前記音叉型振動子を前記基板からドライエッチングにより形成する工程とを備え、前記基板のＹＺ面に対する前記ドライエッチング用のプラズマの入射角度が大きくなるに従って前記アームの主面上に設けられる前記検出部の内の少なくとも前記上部電極の中心線が前記主面上において前記主面の中心線から前記基板のＸ軸方向周辺部に向かって所定量シフトするように形成しているため、基板内に形成される音叉型振動子の位置によって異なる断面形状を有したアームをＸ軸方向に音叉振動させた時にＺ軸方向へ発生する角速度センサとしての異なった不要信号を検出部の形成時にそれぞれ一括して解消させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下に本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４７】
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１における角速度センサの音叉型振動子をＸ軸方向に駆動したときの平面図、図１（ｂ）は同側面図、図２は同Ａ−Ａ断面図、図３は同実施の形態１におけるシリコンウエハ内に形成された音叉型振動子の配置図、図４は図３に示すＢ−Ｂ断面における製造プロセスを説明するための工程図、図５は同製造プロセスを詳細に説明するための工程図、図６は同製造プロセスを用いてシリコンウエハ内に形成された音叉型振動子のＸ軸方向の位置と音叉型振動子のＺ軸方向へ発生する角速度センサの不要信号との関係を説明するための特性図である。
【００４８】
以下に、本実施の形態１における角速度センサの構成について説明する。
【００４９】
図１において、２はアーム１ａ，１ｂを連結するための基部、３ａ，３ｂはアーム１ａ，１ｂのそれぞれ主面、４，５はアーム１ａの主面３ａ上に設けられた駆動部、６，７はアーム１ｂの主面３ｂ上に設けられた駆動部、８はアーム１ａの主面３ａ上に設けられた検出部、９はアーム１ｂの主面３ｂ上に設けられた検出部である。音叉型振動子は、アーム１ａ，１ｂと基部２から構成される。
【００５０】
図２において、３ｃはアーム１ａの主面３ａにほぼ垂直な側面、３ｄはアーム１ａの主面３ａに隣接して設けられた傾斜した側面（製造方法の詳細は、図５に示す）、３ｅはアーム１ｂの主面３ｂにほぼ垂直な側面、３ｆはアーム１ｂの主面３ｂに隣接して設けられた傾斜した側面（製造方法の詳細は、図５に示す）、４ａはアーム１ａの主面３ａ上の外側寄りに設けられた下部電極、４ｂは下部電極４ａ上に設けられた膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、４ｃは圧電膜４ｂ上に設けられた上部電極、５ａはアーム１ａの主面３ａ上の内側寄りに設けられた下部電極、５ｂは下部電極５ａ上に設けられた膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、５ｃは圧電膜５ｂ上に設けられた上部電極、８ａはアーム１ａの主面３ａの中心線１０を境に対称に設けられた下部電極、８ｂは下部電極８ａ上に中心線１０を境に対称に設けられた膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、８ｃは圧電膜８ｂ上に中心線１０から側面３ｃ側にΔＷだけ中心線８ｄをシフトさせて設けられた上部電極である。同様に、７ａはアーム１ｂの主面３ｂ上の外側寄りに設けられた下部電極、７ｂは下部電極７ａ上に設けられた膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、７ｃは圧電膜７ｂ上に設けられた上部電極、６ａはアーム１ｂの主面３ｂ上の内側寄りに設けられた下部電極、６ｂは下部電極６ａ上に設けられた膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、６ｃは圧電膜６ｂ上に設けられた上部電極、９ａはアーム１ｂの主面３ｂの中心線１１を境に対称に設けられた下部電極、９ｂは下部電極９ａ上に中心線１１を境に対称に設けられた膜面に垂直方向に分極処理された圧電膜、９ｃは圧電膜９ｂ上に中心線１１から側面３ｅ側にΔＷだけ中心線９ｄをシフトさせて設けられた上部電極である。駆動部４は下部電極４ａ、圧電膜４ｂと上部電極４ｃから構成されている。また、駆動部５は下部電極５ａ、圧電膜５ｂと上部電極５ｃから構成されている。また、駆動部６は下部電極６ａ、圧電膜６ｂと上部電極６ｃから構成されている。また、駆動部７は下部電極７ａ、圧電膜７ｂと上部電極７ｃから構成されている。また、検出部８は下部電極８ａ、圧電膜８ｂと上部電極８ｃから構成されている。また、検出部９は下部電極９ａ、圧電膜９ｂと上部電極９ｃから構成されている。
【００５１】
以下に、角速度センサの音叉型振動子をＸ軸方向に駆動させる方法について述べる。
【００５２】
圧電膜４ｂ，７ｂがＹ軸方向に収縮するように、上部電極４ｃ，７ｃに同相の駆動電圧を印加する。同様に、圧電膜５ｂ，６ｂがＹ軸方向に伸張するように、上部電極５ｃ，６ｃに上部電極４ｃ，７ｃに印加する駆動電圧とは逆相の駆動電圧を印加する。これにより、図１（ａ）に示すようにアーム１ａ，１ｂはＸ軸方向に、かつ、互いに外向きに振動する。また、アーム１ａ，１ｂには、それぞれ図２に示すような傾斜した側面３ｄ，３ｆが存在するため、Ｘ軸方向への振動と同時にアーム１ａ，１ｂをそれぞれＺ軸方向に、かつ、互いに逆向きになるような振動を起こさせる。この結果、検出部を構成する圧電膜８ｂにはＺ軸方向に収縮させるような応力が印加される。また、検出部を構成する圧電膜９ｂにはＺ軸方向に伸張させるような応力が印加される。これらの応力に起因して、検出部を構成する上部電極８ｃ，９ｃにはそれぞれ互いに逆の符号を持つほぼ同一の電荷が発生する。このように、音叉型振動子をＸ軸方向に駆動させるだけで、Ｙ軸周りに角速度が印加されていないにもかかわらず、あたかも角速度が印加されたかのような電荷（不要信号）が上部電極８ｃ，９ｃに現れてしまう。
【００５３】
但し、上述したように検出部を構成する上部電極８ｃ，９ｃのそれぞれの中心線８ｄ，９ｄが、主面３ａ，３ｂの中心線１０，１１に対して、それぞれ傾斜した側面３ｄ，３ｆの側とは反対方向にΔＷ（この量は、原則としてドライエッチングされた時の側面３ｄ，３ｆの傾斜度合いに起因して上部電極８ｃ，９ｃにそれぞれ発生する不要信号の大きさに対応して決まる）だけソフトされているため、前記上部電極８ｃ，９ｃにそれぞれ発生する不要信号が抑制される。
【００５４】
以下に、前述の不要信号を抑制するためのメカニズムを説明する。上部電極８ｃに現れる事象としては、主として次の３つの点が考えられる。
【００５５】
第１として、音叉型振動子をＸ軸方向へ駆動した時、アーム１ａがＺ軸方向へ撓むことにより、圧電膜８ｂがＺ軸方向に収縮するため、上部電極８ｃにはマイナスの電荷（例えば、Ａ＝−１００とする）が発生する。
【００５６】
第２として、音叉型振動子をＸ軸方向へ駆動した時、アーム１ａがＸ軸方向の外向きに撓むことにより、圧電膜８ｂにおける主面３ａの中心線１０より外側に位置する部分にはＺ軸方向に伸張させる応力が加わるため、これに対応する上部電極８ｃの部分（従来より幅がΔＷだけ増加している）にはプラスの電荷（例えば、Ｂ＝＋１０００とする）が発生する。
【００５７】
第３として、音叉型振動子をＸ軸方向へ駆動した時、アーム１ａがＸ軸方向の外向きに撓むことにより、圧電膜８ｂにおける主面３ａの中心線１０より内側に位置する部分にはＺ軸方向に収縮させる応力が加わるため、これに対応する上部電極８ｃの部分（従来より幅がΔＷだけ減少している）にはマイナスの電荷（例えば、Ｃ＝−９００とする）が発生する。
【００５８】
したがって、音叉型振動子をＸ軸方向へ駆動した時、上部電極８ｃにトータルとして現れる電荷は、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝−１００＋（＋１０００）＋（−９００）＝０となり、Ｚ軸方向へ現れる不要信号は抑制される。
【００５９】
また、上部電極９ｃに現れる事象も基本的には上部電極８ｃに現れる事象と同じで、主として以下の３つの点が考えられる。
【００６０】
第１として、音叉型振動子をＸ軸方向へ駆動した時、アーム１ｂがＺ軸方向へ撓むことにより、圧電膜９ｂがＺ軸方向に伸張するため、上部電極９ｃにはプラスの電荷（例えば、Ｄ＝＋１００とする）が発生する。
【００６１】
第２として、音叉型振動子をＸ軸方向へ駆動した時、アーム１ｂがＸ軸方向の外向きに撓むことにより、圧電膜９ｂにおける主面３ｂの中心線１１より内側に位置する部分にはＺ軸方向に収縮させる応力が加わるため、これに対応する上部電極９ｃの部分（従来より幅がΔＷだけ増加している）にはマイナスの電荷（例えば、Ｅ＝−１０００とする）が発生する。
【００６２】
第３として、音叉型振動子をＸ軸方向へ駆動した時、アーム１ｂがＸ軸方向の外向きに撓むことにより、圧電膜９ｂにおける主面３ｂの中心線１１より外側に位置する部分にはＺ軸方向に伸張させる応力が加わるため、これに対応する上部電極９ｃの部分（従来より幅がΔＷだけ減少している）にはプラスの電荷（例えば、Ｆ＝＋９００とする）が発生する。
【００６３】
したがって、音叉型振動子をＸ軸方向へ駆動した時、上部電極９ｃにトータルとして現れる電荷は、Ｄ＋Ｅ＋Ｆ＝＋１００＋（−１０００）＋（＋９００）＝０となり、Ｚ軸方向へ現れる不要信号は抑制される。
【００６４】
以上により、Ｙ軸周りに角速度Ωが印加された時のアーム１ａ，１ｂをＺ軸方向へ撓ませるコリオリ力に基づき上部電極８ｃ，９ｃに発生する電荷のみを検出回路（図示せず）で処理することにより、角速度信号のみを出力することができる角速度センサが実現できる。このように、上部電極８ｃ，９ｃを所定量シフトさせるだけで、音叉型振動子をＸ軸方向へ駆動した時のＺ軸方向への不要信号の発生を抑制できるため、薄型な角速度センサが実現できる。
【００６５】
以下に、本実施の形態１における角速度センサの製造方法について説明する。特に、その主要部である音叉型振動子、この上に設けられる駆動部と検出部について、図３、図４と図５を用いて詳述する。
【００６６】
図３において、２０は基板としてのシリコン系の材料からなるウエハ（以下、シリコンウエハと称す）であり、音叉型振動子のアーム１ａ，１ｂの長手方向がシリコンウエハ２０のＹ軸方向を向くようにシリコンウエハ２０内に多数設けられた様子を示す。
【００６７】
図４において、（１）は下部電極成膜工程、（２）は圧電膜成膜工程、（３）は上部電極成膜工程、（４）は上部電極用レジスト膜のパターンニング工程、（５）は上部電極のエッチング工程、（６）は圧電膜、下部電極用レジスト膜のパターンニング工程、（７）は圧電膜、下部電極エッチング工程、（８）は音叉型振動子形成用レジスト膜のパターンニング工程、（９）はシリコンウエハのエッチング工程である。
【００６８】
図５は、シリコンウエハ２０の中心から−Ｘ軸方向に向かって３０ｍｍの位置にある音叉型振動子等を形成していく例について、以下に詳細を述べる。
【００６９】
図５（ａ）は、図４に示す下部電極成膜工程（１）に対応し、外形がφ４インチで、厚さが２００μｍのシリコンウエハ２０を蒸着装置にセットし、下部電極としての厚さ３０００ÅのＰｔ−Ｔｉ膜２１を蒸着する。
【００７０】
図５（ｂ）は、図４に示す圧電膜成膜工程（２）に対応し、Ｐｔ−Ｔｉ膜２１が蒸着されたシリコンウエハ２０をスパッタ装置にセットし、圧電膜としての厚さが２．５μｍのＰＺＴ膜２２を物理的蒸着法の一種であるスパッタリングにより形成する。
【００７１】
図５（ｃ）は、図４に示す上部電極成膜工程（３）に対応し、ＰＺＴ膜２２が形成されたシリコンウエハ２０をスパッタ装置にセットし、上部電極としての厚さが３０００ÅのＡｕ／Ｔｉ膜２３を物理的蒸着法の一種であるスパッタリングにより形成する。
【００７２】
図５（ｄ）は、図４に示す上部電極用レジスト膜のパターンニング工程（４）に対応し、Ａｕ／Ｔｉ膜２３の上に第１のレジスト膜としてのレジスト膜２４を塗布し、図１に示す駆動部４，５，６，７、検出部８，９に対応する形状（例えば、Ｘ軸方向への音叉振動時にＺ軸方向へ発生する撓みにより検出部８，９にもたらされる不要信号の大きさに対応するように上部電極のみを所定量シフトさせ、駆動部を構成する上部電極は従来通りの位置に）の第１の開口部をパターンニングする。
【００７３】
図５（ｅ）は、図４に示す上部電極のエッチング工程（５）に対応し、パターンニングされたレジスト膜２４が付与されたシリコンウエハ２０をドライエッチング装置にセットし、Ａｕ／Ｔｉ膜２３を前記パターンニングされたレジスト膜２４を介して、駆動部４，５，６，７を構成するＡｕ／Ｔｉ膜からなる上部電極４ｃ，５ｃ，６ｃ，７ｃ、検出部８，９を構成するＡｕ／Ｔｉ膜からなる上部電極８ｃ，９ｃが第１のドライエッチング加工によりそれぞれ形成される。
【００７４】
図５（ｆ）は、図４に示す圧電膜、下部電極用レジスト膜のパターンニング工程（６）に対応し、ＰＺＴ膜２２と上部電極４ｃ，５ｃ，６ｃ，７ｃ，８ｃ，９ｃの上に第２のレジスト膜としてのレジスト膜２５を塗布し、レジスト膜２５に図１に示す駆動部４，５，６，７と検出部８，９に対応するような形状の第２の開口部をパターンニングする。
【００７５】
図５（ｇ）は、図４に示す圧電膜、下部電極エッチング工程（７）に対応し、パターンニングされた第２の開口部を有したレジスト膜２５が付与されたシリコンウエハ２０をドライエッチング装置にセットし、ＰＺＴ膜２２とＰｔ−Ｔｉ膜２１を前記パターンニングされたレジスト膜２５を介して、第２のドライエッチング加工により駆動部４，５，６，７を構成するＰＺＴ膜からなる圧電膜４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂ、Ｐｔ−Ｔｉ膜からなる下部電極４ａ，５ａ，６ａ，７ａと、検出部８，９を構成するＰＺＴ膜からなる圧電膜８ｂ，９ｂ、Ｐｔ−Ｔｉ膜からなる下部電極８ａ，９ａがそれぞれ形成される。
【００７６】
図５（ｈ）は、図４に示す音叉型振動子形成用レジスト膜のパターンニング工程（８）に対応し、図１に示す駆動部４，５，６，７と検出部８，９とシリコンウエハ２０上に第３のレジスト膜としてのレジスト膜２６を塗布し、レジスト膜２６に図１に示すアーム１ａと１ｂの隙間が５０μｍに対応するような形状の第３の開口部をパターンニングする。
【００７７】
図５（ｉ）は、図４に示すシリコンウエハのエッチング工程（９）に対応し、パターンニングされた第３の開口部を有したレジスト膜２６が付与されたシリコンウエハ２０をドライエッチング装置にセットし、シリコンウエハ２０をＳＦ6ガスを用い、ｒｆ電力２５００Ｗで８秒ドライエッチングし、その後、ＣＦ4ガスに交換し、ｒｆ電力１８００Ｗで３秒印加し保護膜（図示せず）を付着させる。前記ドライエッチングと保護膜の付着を１セットにした工程を２４０セット繰り返す第３のドライエッチング加工を行う。第３のドライエッチング加工後のアーム１ａの内側面３ｄはプラズマの進行方向に対応するような傾斜面となっており、アーム１ａの外側面３ｃはシリコンウエハ２０の表面にほぼ垂直な面に仕上がっている。同様に、アーム１ｂの外側面３ｆはプラズマの進行方向に対応するような傾斜面となっており、アーム１ｂの内側面３ｅはシリコンウエハ２０の表面にほぼ垂直な面に仕上がっている。
【００７８】
図５においては、図３に示すシリコンウエハ２０の中心から−Ｘ軸方向に向かって３０ｍｍの位置にある音叉型振動子等を含めた角速度センサを形成する例について説明したが、プラズマの進行方向を考慮に入れ、例えば図３に示すシリコンウエハ２０の中心から−Ｘ軸方向に向かって２０ｍｍの位置に形成される音叉型振動子等を含めた角速度センサにおいては、プラズマの進行方向がシリコンウエハ２０の面に対してやや垂直に近づいてくるため、第１のレジスト膜としてのレジスト膜２４に設けられる第１の開口部の内の上部電極８ｃ，９ｃに相当する部分の所定のシフト量ΔＷはやや減少する。
【００７９】
シリコンウエハ２０をドライエッチングする時のプラズマの進行方向の違い（すなわち、シリコンウエハ２０のＹＺ面に対するプラズマの入射角度の違い）によって、音叉型振動子のアームの側面に発生する側面の傾斜度合いは決まる。すなわち、ＹＺ面に対するプラズマの入射角度が大きくなるほど、アームの側面の傾斜度合いが大きくなり（例えば、主面３６と側面３ｆの交わる角度が鋭角で、その角度が小さくなり）、結果として音叉型振動子をＸ軸方向へ駆動した時のＺ軸方向へもたらされる不要信号の発生量も大きくなる。すなわち、この傾斜度合いに対応して、所定のシフト量ΔＷは予め決定される。例えば、アームの側面の傾斜角度１°当たりシフト量ΔＷ＝１０μｍとなる。
【００８０】
図６において、横軸はシリコンウエハ２０の中心からＸ軸方向の距離（ｍｍ）、Ｙ軸は音叉型振動子をＸ軸方向に駆動した時のＺ軸方向に発生する角速度センサとしての不要信号（任意）である。また、図７に示す従来のドライエッチング加工によりシリコンウエハ１０３を用いて音叉型振動子等を製造する方法で形成された音叉型振動子をＸ軸方向に駆動した時に発生するＺ軸方向への角速度センサとしての不要信号の値を図６に併記してある。図６に示すように、シリコンウエハ２０の中心からＸ軸方向に±３０ｍｍの範囲において、所望の角速度センサに要求されるＺ軸方向への不要信号の発生量が許容値以内に収まっていることがわかる。
【００８１】
本実施の形態においては、プラズマの発生源からのプラズマの進行方向の性向を配慮し、検出部を構成する上部電極形成用の開口部を所定方向に、かつ、所定量シフトさせたレジスト膜を用いて上部電極をドライエッチングを行うことで、シリコンウエハ２０内の所定の領域（例えば、シリコンウエハ２０の中心からＸ軸方向に±３０ｍｍの範囲）において、所望の角速度センサに要求されるＺ軸方向への不要信号の発生量を許容値以内に収めることができた。しかし、本願発明の角速度センサおよび角速度センサの製造方法の技術思想は、検出部を構成する上部電極の配置、ならびに、上部電極の形成方法に限定されるものではなく、検出部を構成する下部電極、圧電膜および上部電極のすべてを所定方向に、かつ、所定量シフトさせても同等の作用効果が発揮される。すなわち、検出部を構成する下部電極、圧電膜と上部電極の内の少なくとも上部電極を所定方向に、かつ、所定量シフトさせれば同等の作用効果が期待できる。
【００８２】
また、本実施の形態においては、アーム１ａ，１ｂのそれぞれの主面３ａ，３ｂ上に検出部８，９が設けられた例について説明してきたが、検出部を主面３ａ，３ｂとそれぞれ対向する側の主面に設けることも可能である。この場合は、これらの主面とこれらの主面にそれぞれ隣接して設けられた傾斜した側面３ｄ，３ｆの交わる角度が鈍角であるため、検出部を主面３ａ，３ｂ上に設けた場合とは逆に、傾斜した側面３ｄ，３ｆの傾斜度合いが大きい（鈍角の数値が大きい）程、検出部を構成する下部電極、圧電膜と上部電極の内の少なくとも上部電極を傾斜した側面３ｄ，３ｆ側に向かって、傾斜度合いに対応して所定量シフトさせることでＺ軸方向へ発生する不要信号を抑制できる。
【００８３】
また、本実施の形態においては、駆動部と検出部の構成として、いずれも下部電極、この下部電極上に設けられた圧電膜とこの圧電膜上に設けられた上部電極からなる構成についてのみ説明してきたが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、静電駆動、静電検出等のような構成も考えられる。しかし、市場から要求される角速度センサとしての性能、信頼性と価格等を勘案すると、駆動部と検出部のいずれとも下部電極、圧電膜と上部電極とから構成するのがより好ましい。
【００８４】
また、本実施の形態においては、基板としてシリコンウエハを用いて例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ダイヤモンド、溶融石英、アルミナ、ＧａＡｓ等さまざまな材料を用いることが可能である。
【００８５】
また、本実施の形態においては、プラズマの発生源からのプラズマの進行方向の性向を配慮し、検出部を所定方向に、かつ、所定量シフトさせる例について説明してきたが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図１、図２において、検出部８，９をそれぞれ主面３ａ，３ｂの中心線１０，１１に対して対称になるように設け、駆動部４，５を構成する下部電極４ａ，５ａと圧電膜４ｂ，５ｂを主面３ａの中心線１０を境に対称になるように設け、駆動部６，７を構成する下部電極６ａ，７ａと圧電膜６ｂ，７ｂを主面３ｂの中心線１１を境に対称になるように設け、駆動部４，５，６，７を構成する上部電極４ｃ，５ｃ，６ｃ，７ｃのＹ軸方向の中心位置及び長さはほぼ同じであるが、音叉型振動子をＸ軸方向に駆動した時のＺ軸方向に発生する角速度センサとしての不要信号の大きさ（主面３ａ，３ｂと主面３ａ，３ｂにそれぞれ隣接して設けられた傾斜した側面３ｄ，３ｆの交わる鋭角な角度の大きさ）に対応するように上部電極５ｃ，７ｃのＸ軸方向の幅を上部電極４ｃ，６ｃのＸ軸方向の幅に対してそれぞれ狭くなるように構成しても、Ｚ軸方向へ引き起こされる不要振動自体が抑制されるため、Ｚ軸方向に発生する角速度センサとしての不要信号を抑制することができる。
【００８６】
また、本実施の形態においては、アーム１ａ，１ｂのそれぞれの主面３ａ，３ｂ上に駆動部４，５，６，７が設けられた例について説明してきたが、駆動部を主面３ａ，３ｂとそれぞれ対向する側の主面に設けることも可能である。この場合は、これらの主面とこれらの主面にそれぞれ隣接して設けられた傾斜した側面３ｄ，３ｆの交わる角度が鈍角であるため、駆動部を主面３ａ，３ｂ上に設けた場合とは逆に、傾斜した側面３ｄ，３ｆの傾斜度合いが大きい（鈍角の数値が大きい）程、傾斜した側面３ｄ，３ｆ側の駆動部を構成する少なくとも上部電極のＸ軸方向の幅を傾斜した側面３ｄ，３ｆと反対側の駆動部を構成する少なくとも上部電極のＸ軸方向の幅よりも広くなるように構成しても、Ｚ軸方向へ引き起こされる不要振動自体が抑制されるため、Ｚ軸方向に発生する角速度センサとしての不要信号を抑制することができる。
【００８７】
この例におけるＺ軸方向に発生する不要信号を抑制するためのメカニズムを図１、図２に示すアーム１ｂを用いて簡単に説明する。図２に示す傾斜した側面３ｆの存在により、音叉型振動子をＸ軸方向に駆動するとアーム１ｂは図１（ｂ）に示すようにＺ軸方向にも撓み、Ｚ軸方向に角速度センサとしての不要信号が発生してしまう。したがって、Ｚ軸方向への撓みがゼロになるように駆動部６を構成する圧電膜６ｂのＹ軸方向の伸張力を増加させ、駆動部７を構成する圧電膜７ｂのＹ軸方向の収縮力を減少させるようにすればよい。これを実現するためには、音叉型振動子をＸ軸方向に駆動した時のＺ軸方向に発生する角速度センサとしての不要信号の大きさに対応するように、傾斜した側面３ｆ側に設けられた駆動部７のＹ軸方向の変形量を側面３ｅに設けられた駆動部６のＹ軸方向の変形量よりも小さくなるようにすればよい。これらの具体的な一例としては、前述のような駆動部の位置関係や形状が考えられる。
【００８８】
上述の例では、上部電極のＸ軸方向の幅を音叉型振動子をＸ軸方向に駆動した時のＺ軸方向に発生する角速度センサとしての不要信号の大きさに対応するように調整しているが、下部電極と圧電膜を同時に調整しても当然構わない。すなわち、駆動部を構成する下部電極、圧電膜と上部電極の内の少なくとも上部電極のＸ軸方向の幅が調整されてあれば同等の作用効果が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、Ｘ軸方向への音叉振動時におけるＺ軸方向への角速度センサとしての不要信号の発生を抑制できる薄型で、かつ、都度個別調整が不要な角速度センサおよびその製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における角速度センサの音叉型振動子をＸ軸方向に駆動した時の変形状態を示す平面図、（ｂ）同側面図
【図２】同Ａ−Ａ断面図
【図３】同実施の形態１におけるシリコンウエハ内に形成される音叉型振動子の配置図
【図４】図３に示すＢ−Ｂ断面における製造プロセスを説明するための工程図
【図５】同製造プロセスを詳細に説明するための工程図
【図６】シリコンウエハ内に形成された音叉型振動子のＸ軸方向の位置と角速度センサの不要信号との関係を説明するための特性図
【図７】従来の角速度センサ用の音叉型振動子の製造方法の概略図
【図８】同製造方法のＡ部断面の詳細な製造プロセスを説明するための工程図
【図９】（ａ）同製造方法で形成した角速度センサの音叉型振動子をＸ軸方向に駆動した時の変形状態を示す平面図、（ｂ）同側面図
【図１０】同Ｃ−Ｃ断面図
【図１１】シリコンウエハ内に形成された音叉型振動子のＸ軸方向の位置と角速度センサの不要信号との関係を説明するための特性図
【符号の説明】
【００９１】
１ａ，１ｂ  アーム
２  基部
３ａ，３ｂ  主面
３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ  側面
４，５，６，７  駆動部
４ａ，５ａ，６ａ，７ａ，８ａ，９ａ  下部電極
４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂ，８ｂ，９ｂ  圧電膜
４ｃ，５ｃ，６ｃ，７ｃ，８ｃ，９ｃ  上部電極
８，９  検出部
８ｄ，９ｄ，１０，１１  中心線
２０  シリコンウエハ
２１  Ｐｔ−Ｔｉ膜
２２  ＰＺＴ膜
２３  Ａｕ／Ｔｉ膜
２４，２５，２６  レジスト膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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